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Ceres (Zwergplanet)

Ceres
Ceres, fotografiert am 23. Januar 2004 mit dem Hubble-Weltraumteleskop
Eigenschaften des Orbits [1]
Große Halbachse 2,767 AE
413.940.000 km
Perihel – Aphel 2,546 – 2,987 AE
Exzentrizität 0,0796
Neigung der Bahnebene 10,59°
Siderische Umlaufzeit 4,602 a
Synodische Umlaufzeit 467 d
Mittlere Bahngeschwindigkeit 17,909 km/s
Physikalische Eigenschaften [2][3][4]
Äquator – Poldurchmesser* 975 – 909 km
Masse 9,35‣1020 kg
Mittlere Dichte 2,077 g/cm3
Fallbeschleunigung* 0,27 m/s2
Fluchtgeschwindigkeit 0,51 km/s
Rotationsperiode 9 h 4 min 30 s
Neigung der Rotationsachse
Geometrische Albedo 0,09
Temperatur*
Min. – Mittel – Max.
167 K
*bezogen auf das Nullniveau des Planeten
Sonstiges
Größenvergleich zwischen Erde, Mond und Ceres (maßstabsgetreue Fotomontage)

Ceres oder, in der Nomenklatur für Asteroiden, (1) Ceres ist ein Zwergplanet und mit einem Äquatordurchmesser von 975 km das größte Objekt im Asteroiden-Hauptgürtel. Sie besitzt keinen bekannten Mond. Ceres wurde am 1. Januar 1801 von Giuseppe Piazzi als erster Kleinplanet entdeckt, galt lange als Asteroid und wird seit 2006 zur Gruppe der Zwergplaneten gezählt. Sie ist benannt nach der römischen Göttin des Ackerbaus Ceres. Ihr astronomisches Symbol ist eine stilisierte Sichel: .

Inhaltsverzeichnis

Entdeckung

Schon Johannes Kepler vermutete in der „Lücke“ zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter einen Planeten, und die Entdeckung der Titius-Bode-Reihe um 1770 bestärkte derartige Vermutungen. Die von den Astronomen Franz Xaver von Zach und Johann Hieronymus Schröter gegründete „Himmelspolizey“ machte sich ab 1800 daher gezielt auf die Suche nach dem vermuteten Planeten: Der Bereich um die Ekliptik wurde in 24 Abschnitte geteilt. Jeder dieser Abschnitte wurde einer Sternwarte zugeteilt, die ihn nach dem Planeten absuchen sollte.[5] Piazzi, der das Objekt zunächst für einen Kometen hielt, gelang seine Entdeckung allerdings zufällig, während der Überprüfung eines Sternkataloges in der Neujahrsnacht 1801.[6]

Piazzis Buch „Della scoperta del nuovo pianeta Cerere Ferdinandea“ (1802)

Nachdem Piazzi den neuen Himmelskörper aufgrund einer Erkrankung bald wieder aus den Augen verlor, gelang es Carl Friedrich Gauß mit Hilfe einer neu entwickelten Methode zur Bahnbestimmung, dennoch eine gute Vorhersage für die Position des Zwergplaneten zu machen. Somit konnte Ceres am 7. Dezember 1801 durch von Zach wieder aufgefunden werden.[7]. Die von Gauß eigens zu diesem Zweck entwickelte Methode stellte sich darüber hinaus als ungemein fruchtbar heraus, da sie die berühmte Methode der kleinsten Quadrate gewissermaßen als Nebenprodukt enthielt.[8] Wie sich herausstellte, bewegt sich Ceres tatsächlich zwischen Mars und Jupiter, genau in dem von der Titius-Bode-Reihe vorhergesagten Abstand, um die Sonne. Ceres wurde daher, wie der 1781 entdeckte Uranus, für einen Planeten gehalten, womit sich die Anzahl der Planeten im Sonnensystem zunächst auf acht erhöhte. Erst als die Zahl der zwischen Mars und Jupiter gefundenen Himmelskörper um 1850 rasch anstieg, setzen sich für diese Objekte die Bezeichnungen „Kleine Planeten“, „Kleinplaneten“, „Planetoiden“ oder „Asteroiden“ durch, womit auch Ceres ihren Status als Planet verlor. Eine Neufassung des Planetenbegriffs durch die IAU, die aufgrund der Entdeckung weiterer Himmelskörper in der Größenklasse Plutos nötig wurde, führte dazu, dass Ceres, gemeinsam mit Pluto und Eris, nun als Zwergplanet klassifiziert wird.[9]

Benennung

Piazzi benannte den von ihm entdeckten Himmelskörper zunächst Ceres Ferdinandae, nach Ceres, der römischen Göttin des Ackerbaus und Patronin der Insel Sizilien, und zu Ehren von König Ferdinand IV von Neapel, der 1798 nach Palermo geflohen war. In Deutschland schlug Johann Elert Bode den Namen Juno vor (der dann für den dritten Asteroiden, (3) Juno, aufgegriffen wurde), für kurze Zeit war auch der Name Hera in Gebrauch (der später an (103) Hera vergeben wurde). Von Zach stellte aber klar, dass „Herr Prof. Piazzi nunmehr sein eigenes Kind getauft hat, […] wozu er als erster Entdecker offenbar das Recht hat“.[10] Da die Ehrung von König Ferdinand in anderen Nationen aber auf Widerstände stieß, wurde dieser Namensteil bald fallen gelassen.

Im Jahre 1803, also zwei Jahre nach der Entdeckung von Ceres, wurde das chemische Element Cer entdeckt und nach diesem Asteroiden benannt.

Umlaufbahn

Ceres bewegt sich in der Mitte des Asteroidengürtels, in einem mittlerem Abstand von 2,77 AE, in 1.682 Tagen um die Sonne. Die Periheldistanz beträgt 2,54 AE, die Apheldistanz 2,99 AE. Die Umlaufbahn ist um 10,6° gegen die Ekliptik geneigt, die Bahnexzentrizität beträgt 0,080.

Die synodische Periode von Ceres liegt bei 467 Tagen. Während der Opposition ist sie zwischen 1,59 AE und 2,00 AE von der Erde entfernt und erreicht eine scheinbare Helligkeit von bis zu 6,7mag. Ceres kann daher bereits mit einem Fernglas oder einem kleinen Teleskop aufgefunden werden.

Beschaffenheit

Größe und Masse

Ceres ist das größte und massenreichste Objekt des Asteroidengürtels im inneren Sonnensystem. Für die Masse wird ein Wert von 9,35 × 1020 kg, das entspricht dem 6390-ten Teil der Erdmasse, angegeben. Ceres hat damit etwa die 3,5-fache Masse des zweitschwersten Asteroiden (4) Vesta, und vereinigt etwa 30 % der Gesamtmasse des Asteroidengürtels in sich.

Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble haben gezeigt, dass Ceres ein leicht abgeplattetes Rotationsellipsoid ist, mit einem Äquatordurchmesser von 975(±3) km und einem Polardurchmesser von 909(±3) km.[3][11] Die Rotationsperiode beträgt 9,075 Stunden, die mittlere Dichte wird mit 2,077 ± 0,036 g/cm3 angegeben.

Oberfläche

Ceres besitzt eine dunkle kohlenstoffreiche Oberfläche mit einer Albedo von 0,09.[4] Radarbeobachtungen haben ergeben, dass die gesamte Oberfläche gleichmäßig von pulverigem Regolith bedeckt zu sein scheint.[12] Herausragende oder isolierte Oberflächenmerkmale wurden erst im Jahr 2001 nach Beobachtungen mit dem Hubble Space Telescope festgestellt: Es zeigte sich ein dunkler Fleck mit einem Durchmesser von etwa 250 km, der zu Ehren des Entdeckers von Ceres „Piazzi“ benannt wurde. [13] Weitere Beobachtungen mit Hubble in den Jahren 2003 und 2004 ermöglichten die Erstellung einer Karte, die neben „Piazzi“ und einem auffälligen, hellen Fleck mit rund 400 km Durchmesser zahlreiche kleinere Oberflächenmerkmale zeigt, deren Ursprung noch unbekannt ist.[14]

Zusammensetzung

Die Messungen des Weltraumteleskops Hubble lassen auch Rückschlüsse auf die Zusammensetzung von Ceres zu: Man geht davon aus, dass es sich um einen differenzierten Zwergplaneten mit einem steinigen Kern sowie einem Mantel und einer Kruste aus leichteren Mineralien und Wassereis handelt. [3] Die Differenzierung geht vermutlich auf die beim radioaktiven Zerfall des Aluminium-Isotopes 26Al freigesetzte Wärme zurück, wodurch sich bereits in der Frühzeit des Sonnensystems ein Mantel aus flüssigem Wasser gebildet haben dürfte. Die äußeren zehn Kilometer schmolzen allerdings nicht auf, sondern bildeten eine feste Kruste aus Eis, während sich schweres Material (Silikate, Metalle) im Kern sammelten. Insgesamt dürfte Ceres zu 17 bis 27 Gewichtsprozent aus Wasser bestehen.[15] Die Süßwassermenge auf Ceres wird auf etwa das fünffache der auf der Erde verfügbaren Süßwasservorräte geschätzt.

Trotz des planetenähnlichen Aufbaus wurde aus Ceres kein richtiger Planet. Vermutlich verhinderte die starke Gravitation des benachbarten Jupiter, dass Ceres genügend Masse ansammeln konnte um sich von einem Planetesimal zu einem großen Planeten zu entwickeln.

Aspekte

In der folgenden Tabelle ist die Sichtbarkeit von Ceres bis zum Jahr 2017 angegeben. Die scheinbare Helligkeit und die Entfernung zur Erde beziehen sich dabei auf den Zeitpunkt der Opposition, wenn der Zwergplanet der Erde am nächsten ist und damit auch am hellsten erscheint.

Opposition Stationär, dann rechtläufig Konjunktion zur Sonne Stationär, dann rückläufig
Datum Entfernung Helligkeit
9. November 2007 1,837 AE 7,2 mag 1. Januar 2008 28. Juni 2008 17. Januar 2009
24. Februar 2009 1,585 AE 6,9 mag 16. April 2009 31. Oktober 2009 28. April 2010
18. Juni 2010 1,820 AE 7,0 mag 9. August 2010 30. Januar 2011 31. Juli 2011
16. September 2011 1,992 AE 7,7 mag 12. November 2011 26. April 2012 30. Oktober 2012
17. Dezember 2012 1,688 AE 6,7 mag 4. Februar 2013 17. August 2013 1. März 2014
15. April 2014 1,633 AE 7,0 mag 7. Juni 2014 10. Dezember 2014 6. Juni 2015
25. Juli 2015 1,943 AE 7,5 mag 16. September 2015 3. März 2016 1. September 2016
20. Oktober 2016 1,908 AE 7,4 mag 15. Dezember 2016 5. Juni 2017 21. Dezember 2017

Ausblick

Die Raumsonde Dawn soll im August 2015 Ceres erreichen, in eine Umlaufbahn einschwenken und den Zwergplaneten danach mehrere Monate lang erkunden. Man erwartet sich von dieser Mission weitere Informationen über den Aufbau und die Entwicklung von Ceres. Dawn wird vor seiner Ankunft bei Ceres bereits den Asteroiden Vesta erforscht haben, so dass ein Vergleich zwischen der eisigen Ceres und der felsigen Vesta möglich sein wird.

Einzelnachweise

  1. Ast Dys Ceres Bahnelemente.
  2. en:Ceres (dwarf planet)
  3. a b c P. C. Thomas u. a.: „Differentiation of the asteroid Ceres as revealed by its shape“, in: Nature 437 (7056), 2005, S. 224–226. doi:10.1038/nature03938
  4. a b Li et al. (2006) Icarus v182:pp143-160
  5. M. Hoskin: Bode’s Law and the Discovery of Ceres, in Astrophysics and Space Science Library, Vol. 183, Seite 35 [1] (1993)
  6. S. G. Foderà, A. Manara, P. Sicoli: Giuseppe Piazzi and the Discovery of Ceres in Asteroids III, William Bottke, Alberto Cellino, Paolo Paolicchi, und Richard P. Binzel, (Editoren), Univ. of Arizona Press (2002), ISBN 0816522812
  7. P. Brosche: Die Wiederauffindung der Ceres im Jahre 1801, in Acta Historica Astronomiae, Vol. 14, Seiten 80–88 (2002) [2]
  8. G. Gronchi:Classical and modern orbit determination for asteroids, in: Transits of Venus: New Views of the Solar System and Galaxy Proceedings IAU Colloquium No. 196, 2004, doi:10.1017/S174392130500147X
  9. IAU: IAU 2006 General Assembly: Result of the IAU Resolution votes
  10. L. D. Schmadel, Dictionary of Minor Planet Names, Springer Verlag (5. Auflage, 2003), ISBN 3540002383
  11. J. W. Parker, P. C. Thomas, E. F. Young, M. R. Sykes, L. A. McFadden, C. T. Russell, S. A. Stern: Ceres Observations with HST: First Results in American Astronomical Society, DPS meeting #36, #28.01 (11/2004) [3]
  12. D. L. Mitchell, S. J. Ostro, R. S. Hudson, K. D. Rosema, D. B. Campbell, R. Vélez, J. F. Chandler, I. I. Shapiro, J. D. Giorgini, D. K. Yeomans: Radar Observations of Asteroids 1 Ceres, 2 Pallas, and 4 Vesta in Icarus, Vol. 124, Issue 1, Seiten 113–133 (11/1996) doi:10.1006/icar.1996.0193
  13. J. W. Parker, S. A. Stern, P. C. Thomas, M. C. Festou, W. J. Merline, E. F. Young, R. P. Binzel, L. A. Lebofsky: Analysis of the First Disk-resolved Images of Ceres from Ultraviolet Observations with the Hubble Space Telescope in The Astronomical Journal, Vol. 123, Issue 1, Seiten 549–557 (01/2002) doi:10.1086/338093
  14. J.-Y. Li, L. A. McFadden, J. W. Parker, E. F. Young, P. C. Thomas, C. T. Russell, S. A. Stern, M. V. Sykes: HST Photometry and Surface Mapping of Asteroid 1 Ceres in 36th Annual Lunar and Planetary Science Conference, Abstract No.1345 (03/2005) [4]
  15. T. B. McCord, C. Sotin: Ceres: Evolution and current state in Journal of Geophysical Research, Vol. 110, Issue E5 (5/2005) doi:10.1029/2004JE002244


Literatur

 Commons: Ceres – Bilder, Videos und Audiodateien
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